Частицы титана могут быть причиной неэффективности антибиотиков при лечении инфекций зубных имплантатов

Зубные имплантаты подарили десяткам миллионов людей то, чего никогда не могли дать зубные протезы: полный набор несъемных и полностью функциональных зубов.

К сожалению, у 10–20% пациентов, которым установлены имплантаты, со временем развивается агрессивная инфекция челюстной кости, называемая периимплантитом. Антибиотики, как правило, не способны остановить эту инфекцию по причинам, которые до сих пор оставались неясными для ученых. Недавнее исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus, показало, что бактерии вызывают коррозию имплантатов, в результате чего те выделяют микроскопические частицы титана в окружающие ткани. Эти частицы захватываются иммунными клетками, что приводит к состоянию воспаления, разрушающего челюстную кость.

Работая с образцами тканей человека, культивированными иммунными клетками человека и генетически модифицированной моделью мышей, исследователи выявили специфический кальциевый канал в макрофагах, поглощающих бактерии, который активируется частицами титана. Отключение этого канала у мышей предотвращало развитие заболевания. Результатом стало открытие первой надежной мишени для лекарственного воздействия при заболевании, которое затрагивает одного из пяти пациентов с имплантатами и обходится мировой системе здравоохранения более чем в миллиард долларов в год. «Впервые мы показываем, почему все антибиотики, которые действуют на зубы, не работают при периимплантите», — сказал старший автор исследования Георгиос Коцакис. «Теперь, когда мы знаем причину, мы можем приступить к разработке терапевтических средств».

Периимплантит долгое время оставался загадкой, поскольку на первый взгляд он похож на заболевание естественных зубов - пародонтит, вызываемый теми же бактериями полости рта. У пациентов с естественными зубами инфекция устраняется с помощью антибиотиков и регулярной чистки. У пациентов с имплантатами те же лекарства против тех же бактерий помогают менее чем в половине случаев, в то время как кость под имплантатом продолжает разрушаться. Большинство исследований за последние 20 лет было сосредоточено на бактериях. Члены лаборатории Коцакиса избрали иной подход и начали изучать имплантаты. Бактерии, обитающие на поверхности имплантата, производят кислые биопленки, которые медленно разъедают титан, высвобождая миллиарды частиц, меньших по размеру, чем эритроцит. Такое же высвобождение может происходить во время рутинной чистки, особенно с использованием инструментов, которые стоматологи обычно применяют к естественным зубам.

Внутри десны эти частицы покрываются бактериальными липополисахаридами, которые для иммунной системы выглядят как огромные, неперевариваемые бактерии. Макрофаги поглощают их, но не могут переваривать металл. Клетки попадают в состояние гипервоспаления, выделяя сигнальные молекулы, в том числе интерлейкин-1 бета — воспалительный белок, также связанный с ревматоидным артритом и болезнью Альцгеймера. Это воспаление разрушает кость. Более того, иммунные клетки теряют способность бороться с первоначальной инфекцией. В лабораторных условиях макрофаги, подвергшиеся воздействию частиц титана, поглощали менее половины того количества бактерий, что и клетки, не подвергшиеся воздействию. «Эти частицы — маленькие магниты, притягивающие бактериальные липополисахариды, и они блокируют иммунную систему, не давая ей уничтожить бактерии», — поясняет Коцакис. «Это идеальный шторм, который не поддается лечению антибиотиками». Исследователи проследили этот механизм до кальциевого канала (специализированной, образующей поры белковой структуры в клеточных мембранах) под названием TRPC1. У мышей, генетически модифицированных без него, иммунные клетки справлялись с той же проблемой «титан плюс бактерии» нормально: абсцессы были значительно меньше, уровень воспалительных цитокинов снизился, а очищение от бактерий восстановилось.

Коцакис и коллеги в настоящее время тестируют потенциальные лекарственные препараты, которые воздействуют на тот же механизм в клетках человека. Для людей, у которых уже есть имплантаты, наиболее полезным открытием может оказаться более «тихая» чистка. Самым сильным известным защитным фактором является регулярная профессиональная чистка, но важен именно ее вид. Еще примерно десять лет назад многие стоматологи очищали имплантаты металлическими скейперами — метод, который, как показали исследователи, сам по себе может вызывать коррозию имплантата и ускорять развитие заболевания. В настоящее время рекомендуется использование неабразивных методов профессиональной чистки.